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Theorem ismtyima

Description: The image of a ball under an isometry is another ball. (Contributed by Jeff Madsen, 31-Jan-2014)

Ref Expression
Assertion ismtyima ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → F P ball ⁡ M R = F ⁡ P ball ⁡ N R

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 imassrn ⊢ F P ball ⁡ M R ⊆ ran ⁡ F
2 isismty ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y → F ∈ M Ismty N ↔ F : X ⟶ 1-1 onto Y ∧ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x M y = F ⁡ x N F ⁡ y
3 2 biimp3a ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N → F : X ⟶ 1-1 onto Y ∧ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x M y = F ⁡ x N F ⁡ y
4 3 adantr ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → F : X ⟶ 1-1 onto Y ∧ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x M y = F ⁡ x N F ⁡ y
5 4 simpld ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → F : X ⟶ 1-1 onto Y
6 f1of ⊢ F : X ⟶ 1-1 onto Y → F : X ⟶ Y
7 5 6 syl ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → F : X ⟶ Y
8 7 frnd ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → ran ⁡ F ⊆ Y
9 1 8 sstrid ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → F P ball ⁡ M R ⊆ Y
10 9 sseld ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → x ∈ F P ball ⁡ M R → x ∈ Y
11 simpl2 ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → N ∈ ∞Met ⁡ Y
12 simprl ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → P ∈ X
13 ffvelcdm ⊢ F : X ⟶ Y ∧ P ∈ X → F ⁡ P ∈ Y
14 7 12 13 syl2anc ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → F ⁡ P ∈ Y
15 simprr ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → R ∈ ℝ *
16 blssm ⊢ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ⁡ P ∈ Y ∧ R ∈ ℝ * → F ⁡ P ball ⁡ N R ⊆ Y
17 11 14 15 16 syl3anc ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → F ⁡ P ball ⁡ N R ⊆ Y
18 17 sseld ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → x ∈ F ⁡ P ball ⁡ N R → x ∈ Y
19 simpl1 ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → M ∈ ∞Met ⁡ X
20 19 adantr ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ x ∈ Y → M ∈ ∞Met ⁡ X
21 simplrr ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ x ∈ Y → R ∈ ℝ *
22 simplrl ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ x ∈ Y → P ∈ X
23 f1ocnv ⊢ F : X ⟶ 1-1 onto Y → F -1 : Y ⟶ 1-1 onto X
24 f1of ⊢ F -1 : Y ⟶ 1-1 onto X → F -1 : Y ⟶ X
25 5 23 24 3syl ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → F -1 : Y ⟶ X
26 ffvelcdm ⊢ F -1 : Y ⟶ X ∧ x ∈ Y → F -1 ⁡ x ∈ X
27 25 26 sylan ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ x ∈ Y → F -1 ⁡ x ∈ X
28 elbl2 ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ P ∈ X ∧ F -1 ⁡ x ∈ X → F -1 ⁡ x ∈ P ball ⁡ M R ↔ P M F -1 ⁡ x < R
29 20 21 22 27 28 syl22anc ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ x ∈ Y → F -1 ⁡ x ∈ P ball ⁡ M R ↔ P M F -1 ⁡ x < R
30 4 simprd ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x M y = F ⁡ x N F ⁡ y
31 oveq1 ⊢ x = P → x M y = P M y
32 fveq2 ⊢ x = P → F ⁡ x = F ⁡ P
33 32 oveq1d ⊢ x = P → F ⁡ x N F ⁡ y = F ⁡ P N F ⁡ y
34 31 33 eqeq12d ⊢ x = P → x M y = F ⁡ x N F ⁡ y ↔ P M y = F ⁡ P N F ⁡ y
35 oveq2 ⊢ y = F -1 ⁡ x → P M y = P M F -1 ⁡ x
36 fveq2 ⊢ y = F -1 ⁡ x → F ⁡ y = F ⁡ F -1 ⁡ x
37 36 oveq2d ⊢ y = F -1 ⁡ x → F ⁡ P N F ⁡ y = F ⁡ P N F ⁡ F -1 ⁡ x
38 35 37 eqeq12d ⊢ y = F -1 ⁡ x → P M y = F ⁡ P N F ⁡ y ↔ P M F -1 ⁡ x = F ⁡ P N F ⁡ F -1 ⁡ x
39 34 38 rspc2v ⊢ P ∈ X ∧ F -1 ⁡ x ∈ X → ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x M y = F ⁡ x N F ⁡ y → P M F -1 ⁡ x = F ⁡ P N F ⁡ F -1 ⁡ x
40 39 impancom ⊢ P ∈ X ∧ ∀ x ∈ X ∀ y ∈ X x M y = F ⁡ x N F ⁡ y → F -1 ⁡ x ∈ X → P M F -1 ⁡ x = F ⁡ P N F ⁡ F -1 ⁡ x
41 12 30 40 syl2anc ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → F -1 ⁡ x ∈ X → P M F -1 ⁡ x = F ⁡ P N F ⁡ F -1 ⁡ x
42 41 imp ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ F -1 ⁡ x ∈ X → P M F -1 ⁡ x = F ⁡ P N F ⁡ F -1 ⁡ x
43 27 42 syldan ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ x ∈ Y → P M F -1 ⁡ x = F ⁡ P N F ⁡ F -1 ⁡ x
44 43 breq1d ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ x ∈ Y → P M F -1 ⁡ x < R ↔ F ⁡ P N F ⁡ F -1 ⁡ x < R
45 29 44 bitrd ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ x ∈ Y → F -1 ⁡ x ∈ P ball ⁡ M R ↔ F ⁡ P N F ⁡ F -1 ⁡ x < R
46 f1of1 ⊢ F : X ⟶ 1-1 onto Y → F : X ⟶ 1-1 Y
47 5 46 syl ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → F : X ⟶ 1-1 Y
48 47 adantr ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ x ∈ Y → F : X ⟶ 1-1 Y
49 blssm ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → P ball ⁡ M R ⊆ X
50 19 12 15 49 syl3anc ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → P ball ⁡ M R ⊆ X
51 50 adantr ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ x ∈ Y → P ball ⁡ M R ⊆ X
52 f1elima ⊢ F : X ⟶ 1-1 Y ∧ F -1 ⁡ x ∈ X ∧ P ball ⁡ M R ⊆ X → F ⁡ F -1 ⁡ x ∈ F P ball ⁡ M R ↔ F -1 ⁡ x ∈ P ball ⁡ M R
53 48 27 51 52 syl3anc ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ x ∈ Y → F ⁡ F -1 ⁡ x ∈ F P ball ⁡ M R ↔ F -1 ⁡ x ∈ P ball ⁡ M R
54 11 adantr ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ x ∈ Y → N ∈ ∞Met ⁡ Y
55 14 adantr ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ x ∈ Y → F ⁡ P ∈ Y
56 f1ocnvfv2 ⊢ F : X ⟶ 1-1 onto Y ∧ x ∈ Y → F ⁡ F -1 ⁡ x = x
57 5 56 sylan ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ x ∈ Y → F ⁡ F -1 ⁡ x = x
58 simpr ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ x ∈ Y → x ∈ Y
59 57 58 eqeltrd ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ x ∈ Y → F ⁡ F -1 ⁡ x ∈ Y
60 elbl2 ⊢ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ R ∈ ℝ * ∧ F ⁡ P ∈ Y ∧ F ⁡ F -1 ⁡ x ∈ Y → F ⁡ F -1 ⁡ x ∈ F ⁡ P ball ⁡ N R ↔ F ⁡ P N F ⁡ F -1 ⁡ x < R
61 54 21 55 59 60 syl22anc ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ x ∈ Y → F ⁡ F -1 ⁡ x ∈ F ⁡ P ball ⁡ N R ↔ F ⁡ P N F ⁡ F -1 ⁡ x < R
62 45 53 61 3bitr4d ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ x ∈ Y → F ⁡ F -1 ⁡ x ∈ F P ball ⁡ M R ↔ F ⁡ F -1 ⁡ x ∈ F ⁡ P ball ⁡ N R
63 57 eleq1d ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ x ∈ Y → F ⁡ F -1 ⁡ x ∈ F P ball ⁡ M R ↔ x ∈ F P ball ⁡ M R
64 57 eleq1d ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ x ∈ Y → F ⁡ F -1 ⁡ x ∈ F ⁡ P ball ⁡ N R ↔ x ∈ F ⁡ P ball ⁡ N R
65 62 63 64 3bitr3d ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * ∧ x ∈ Y → x ∈ F P ball ⁡ M R ↔ x ∈ F ⁡ P ball ⁡ N R
66 65 ex ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → x ∈ Y → x ∈ F P ball ⁡ M R ↔ x ∈ F ⁡ P ball ⁡ N R
67 10 18 66 pm5.21ndd ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → x ∈ F P ball ⁡ M R ↔ x ∈ F ⁡ P ball ⁡ N R
68 67 eqrdv ⊢ M ∈ ∞Met ⁡ X ∧ N ∈ ∞Met ⁡ Y ∧ F ∈ M Ismty N ∧ P ∈ X ∧ R ∈ ℝ * → F P ball ⁡ M R = F ⁡ P ball ⁡ N R